Introducción
Las tuberías de aleaciones especiales es un tema de importancia en la industria, donde la fiabilidad y el rendimiento son inquebrantables, ya que estas desempeñan un papel importante, en entornos críticos, donde las condiciones extremas desafían la durabilidad de los materiales. Este artículo explorará a fondo las tuberías de aleaciones especiales para servicios críticos, sus aplicaciones, propiedades, resistencia a la corrosión y a las bajas temperaturas, normas y estándares asociados, así como los metales de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
¿Qué es una aleación especial?
Las aleaciones especiales representan una fusión metálica diseñada para resistir entornos extremos, brindando propiedades superiores en comparación con los metales convencionales. Estas amalgamas se sintetizan mediante la combinación de diferentes elementos, buscando alcanzar características específicas como resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas y a bajas temperaturas.
Metales especiales: Cimientos de las aleaciones
Los metales especiales actúan como bloques fundamentales para la creación de aleaciones especiales. Titanio, níquel, cobalto y tungsteno son protagonistas que, al combinarse, forman aleaciones excepcionales capaces de resistir condiciones críticas, independientemente de la temperatura.
Las aleaciones especiales se distinguen por su capacidad para resistir condiciones extremas, ya sea en entornos corrosivos, a altas temperaturas o bajo presiones intensas. La resistencia a la corrosión es especialmente crucial en la industria química, donde la exposición a sustancias agresivas puede deteriorar rápidamente los materiales convencionales. Además, estas aleaciones ofrecen una durabilidad excepcional, prolongando la vida útil de las tuberías y reduciendo los costos de mantenimiento.
Aplicaciones de tuberías de aleaciones especiales
Las tuberías de aleaciones especiales tienen aplicaciones diversificadas en industrias que abarcan desde la química hasta la nuclear. Estas se vuelven indispensables en sistemas donde la integridad del material es fundamental para garantizar la seguridad y el rendimiento operativo.
Industria química
En entornos químicos corrosivos, las tuberías de aleaciones especiales exhiben una resistencia a la corrosión, reduciendo los costos de mantenimiento y asegurando una vida útil prolongada. La estabilidad química de estas aleaciones es significativa para el transporte de productos químicos agresivos.
Industria nuclear
En aplicaciones nucleares, donde la radiación y las condiciones extremas son comunes, las tuberías de aleaciones especiales son cruciales para resistir la corrosión y el desgaste. Su papel en sistemas de refrigeración y transporte de fluidos con trazas nucleares garantiza la seguridad y la eficacia operativa.
La implementación de tuberías de aleaciones especiales en la industria nuclear no solo mejora la seguridad y la eficiencia operativa, sino que también respalda los esfuerzos hacia la sostenibilidad en la generación de energía. La mayor durabilidad reduce la necesidad de reemplazo frecuente, disminuyendo así la generación de residuos y optimizando el uso de recursos.
Industria del petróleo y gas
En la industria del petróleo y gas, donde las condiciones son especialmente adversas, las tuberías de aleaciones especiales son esenciales. Resisten la corrosión en entornos altamente agresivos y mantienen su integridad estructural en condiciones de alta presión y temperatura, contribuyendo así a la eficiencia y seguridad de la extracción, transporte y procesamiento de hidrocarburos.
Propiedades de las aleaciones especiales para tuberías
Las aleaciones especiales exhiben una combinación única de propiedades, destacando resistencia mecánica, resistencia a la corrosión y adaptabilidad a diferentes rangos de temperatura.
Resistencia mecánica
Las tuberías de aleaciones especiales son conocidas por su resistencia mecánica excepcional, lo que las hace ideales para soportar cargas pesadas y condiciones de alta presión. Esta característica es fundamental en aplicaciones que requieren durabilidad y resistencia estructural.
Cuando se trata de resistencia, los tubos de aleación suelen considerarse superiores. Debido a su composición diversa, se pueden adaptar para cumplir requisitos de resistencia específicos. Esto los hace ideales para aplicaciones donde las cargas pesadas o las altas presiones son una preocupación. Los tubos de acero inoxidable, aunque resistentes, pueden no igualar la resistencia personalizada de los tubos de aleación.
Resistencia a la corrosión
La resistencia a la corrosión es una propiedad fundamental, especialmente en entornos químicos agresivos. Las aleaciones especiales forman una capa protectora que las resguarda de la corrosión, aumentando significativamente su vida útil y reduciendo los riesgos operativos. El contenido de cromo le confiere resistencia a la corrosión. La resistencia se puede demostrar en ácidos reductores así como contra ataques de picaduras en soluciones de cloruro.
La durabilidad es un factor decisivo, especialmente en industrias donde las tuberias están sujetas a condiciones agresivas. El acero inoxidable es conocido por su resistencia a la corrosión y su vida útil, lo que lo convierte en una excelente opción en tales escenarios. Los tubos de aleación, aunque fuertes, pueden no ofrecer el mismo nivel de resistencia a la corrosión.
Resistencia a altas temperaturas
En entornos con elevadas temperaturas, estas tuberias mantienen su integridad estructural y propiedades mecánicas. Según el código ASME serie B31.3, la tubería para altas temperaturas comúnmente se usa en aquellas aplicaciones donde la temperatura de servicio llega hasta 1250°C (649°F), dependiendo de su grado. En estos rangos de temperatura el acero, aleado con Cromo y Molibdeno, provee una resistencia adecuada para los servicios exigentes que hemos mencionado.
El Cromo (Cr) incrementa la ductilidad, el endurecimiento y la resistencia a la corrosión bajo temperaturas elevadas. Por su parte, el Molibdeno, incrementa la resistencia a la tracción del acero y su dureza a altas temperaturas.
Debido a estas características, la tubería A335 es de uso común en refinación (Grados P5 y P9), en generación y plantas petroquímicas (P11, P22, P91) así como en líneas de alta temperatura, líneas de recalentamiento, destilación, craqueo, unidades de coque, entre otras aplicaciones.
Resistencia a bajas temperaturas.
Estas aleaciones conservan su tenacidad y resistencia a temperaturas extremadamente frías, como en aplicaciones de gas natural licuado (GNL) y plantas criogénicas. Tuberías para bajas temperaturas resuelven un problema diametralmente opuesto desde el punto de las condiciones de servicio: Las temperaturas de servicio de un acero para pipeline por debajo de los 0°C (32°F). El riesgo de fragilización, y de propagación de grietas a altas velocidades es una importante consideración de diseño.
Existen en las normas A333 y B31.3 grados para condiciones extremas, aptos para servicio criogénico alrededor de -196°C (-321°F MDMT según ASME B31.3) y además se encuentran los grados más comerciales, como el Grado 6, con temperaturas mínimas de servicio de -46°C (-51°F), los cuales posee buena ductilidad a bajas temperaturas producto de la adición controlada de Manganeso (Mn) y Columbio (Niobio-Nb), cuya aplicación es particularmente útil en plantas de compresión de gas, especialmente en los pasos previos a la licuefacción.
Normas y estándares para tuberias de aleaciones especiales
La calidad y seguridad en la fabricación de tuberías de aleaciones especiales están respaldadas por normas y estándares rigurosos. Organizaciones como ASTM, ASME y API establecen directrices específicas para la fabricación, prueba y certificación de estos materiales. Cumplir con estas normas garantiza que las tuberías satisfagan los requisitos de resistencia, durabilidad y seguridad en todos los espectros de temperatura.
Los estándares aplicables a los aceros de alta resistencia son fundamentales para garantizar un rendimiento confiable en condiciones extremas. Normativas como API 5L para tuberías de acero con costura son ejemplos de directrices que establecen los requisitos necesarios para la fabricación de estos materiales, aparte de otros documentos donde adicionalmente se requieran de propiedades de resistencia a la corrosión y buen desempeño a bajas y elevadas temperaturas como se describe a continuación.
Para garantizar la integridad y la calidad de las tuberías en entornos altamente corrosivos, es importante adherirse a rigurosos estándares y normativas. Algunas normas clave incluyen ASTM A312 (tuberías de acero inoxidable austenítico), ASTM A790 (tuberías de acero inoxidable dúplex y superdúplex) y ASTM A358 (tuberías soldadas de acero inoxidable austenítico). Cumplir con estos estándares asegura que las tuberías resistirán la corrosión y mantendrán su integridad estructural a lo largo del tiempo.
Las condiciones de servicio extremas (altas o bajas temperaturas y/o presiones) representan retos especiales de diseño que requieren consideraciones específicas para cada tipo de material. En este tipo de aplicaciones entran en juego las aleaciones especiales para tubería. Hay una diversidad de grados diferentes en la especificación ASTM A335, cada uno con diferentes consideraciones particulares, (P1, P2, P5, P9, P11, P12, P15, P21, P22, P24, P36, P91, P92, P122, P911) y para A333 (Grados 1, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10 y 11), cada uno con propiedades químicas y mecánicas dependientes del grado.
Proceso de fabricación de tubo sin costura
Conclusión
Las tuberías de aleaciones especiales demuestran ser la solución integral para entornos críticos, enfrentando desafíos desde temperaturas abrasadoras hasta condiciones gélidas. Su capacidad para resistir la corrosión, mantener la integridad mecánica y adaptarse a diferentes rangos de temperatura las convierte en elementos esenciales en diversas industrias. El cumplimiento de normas y estándares, junto con la utilización de metales de alta resistencia y aleaciones para bajas temperaturas, asegura la excelencia en la ingeniería de materiales. Estas tuberías no solo cumplen con los requisitos técnicos, sino que también contribuyen a la seguridad y eficiencia en el panorama industrial, demostrando su resiliencia en todas los entornos industriales.
Referencias
- CHANGJIANG SEAMLESS STEEL PIPE MANUFACTURER. Alloy Tubes vs. Stainless Steel Tubes: A Comprehensive Comparison; Consultado en fecha 07 de Diciembre de 2023;
- TECNACORP. Tubería en aleaciones especiales para altas y bajas temperaturas; Consultado en fecha 07 de Diciembre de 2023; https://teknacorp.com/index.php/tuberia-en-aleaciones-especiales-para-altas-y-bajas-temperaturas/
- YENA ENGINEERING. A Clear Explanation of Different Types of Stainless Steel Pipes; Consultado en fecha 08 de Diciembre de 2023; https://yenaengineering.nl/clear-explanation-of-different-types-of-stainless-steel-pipes/
- ANUP KUMAR DEY. Types of Pipe Materials and Their Selection / Metallic Pipe. Consultado en fecha 08 de Diciembre de 2023; https://whatispiping.com/piping-material-selection/
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